Python softmax实现及数值稳定性详解

 更新时间:2023年07月25日 17:05:24   作者:xiao蜗牛  
这篇文章主要为大家介绍了Python softmax实现及数值稳定性详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪

Softmax

softmax函数将任意n维的实值向量转换为取值范围在(0,1)之间的n维实值向量,并且总和为1。

例如:向量softmax([1.0, 2.0, 3.0]) ------> [0.09003057, 0.24472847, 0.66524096]

性质:

  • 因为softmax是单调递增函数,因此不改变原始数据的大小顺序。
  • 将原始输入映射到(0,1)区间,并且总和为1,常用于表征概率。
  • softmax(x) = softmax(x+c), 这个性质用于保证数值的稳定性。

softmax的实现及数值稳定性

一个最简单的计算给定向量的softmax的实现如下:

import numpy as np
def softmax(x):
"""Compute the softmax of vector x."""
    exp_x = np.exp(x)
    softmax_x = exp_x / np.sum(exp_x)
    return softmax_x

让我们来测试一下上面的代码:

softmax([1, 2, 3])
array([0.09003057, 0.24472847, 0.66524096])

但是,当我们尝试输入一个比较大的数值向量时,就会出错:

softmax([1000, 2000, 3000])
array([nan, nan, nan])

这是由numpy中的浮点型数值范围限制所导致的。当输入一个较大的数值时,sofmax函数将会超出限制,导致出错。

为了解决这一问题,这时我们就能用到sofmax的第三个性质,即:softmax(x) = softmax(x+c),
一般在实际运用中,通常设定c = - max(x)。

接下来,我们重新定义softmax函数:

import numpy as np
def softmax(x):
"""Compute the softmax in a numerically stable way."""
    x = x - np.max(x)
    exp_x = np.exp(x)
    softmax_x = exp_x / np.sum(exp_x)
    return softmax_x

然后再次测试一下:

softmax([1000, 2000, 3000])
array([ 0.,  0.,  1.])

Done!

以上都是基于向量上的softmax实现,下面提供了基于向量以及矩阵的softmax实现,代码如下:

import numpy as np
def softmax(x):
    """
    Compute the softmax function for each row of the input x.
    Arguments:
    x -- A N dimensional vector or M x N dimensional numpy matrix.
    Return:
    x -- You are allowed to modify x in-place
    """
    orig_shape = x.shape
    if len(x.shape) > 1:
        # Matrix
        exp_minmax = lambda x: np.exp(x - np.max(x))
        denom = lambda x: 1.0 / np.sum(x)
        x = np.apply_along_axis(exp_minmax,1,x)
        denominator = np.apply_along_axis(denom,1,x) 
        if len(denominator.shape) == 1:
            denominator = denominator.reshape((denominator.shape[0],1))
        x = x * denominator
    else:
        # Vector
        x_max = np.max(x)
        x = x - x_max
        numerator = np.exp(x)
        denominator =  1.0 / np.sum(numerator)
        x = numerator.dot(denominator)
    assert x.shape == orig_shape
    return x

以上就是Python softmax实现及数值稳定性详解的详细内容,更多关于Python softmax数值稳定性的资料请关注脚本之家其它相关文章!

相关文章

  • OpenCV和Pyzbar检测二维码和条码

    OpenCV和Pyzbar检测二维码和条码

    在现代社会,二维码和条码的应用非常广泛,从商品标签到支付二维码,本文将详细介绍如何使用 OpenCV 和 Pyzbar 库在 Python 中检测并识别二维码和条码,需要的可以参考下
    2024-11-11
  • 对pandas通过索引提取dataframe的行方法详解

    对pandas通过索引提取dataframe的行方法详解

    今天小编就为大家分享一篇对pandas通过索引提取dataframe的行方法详解,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2019-02-02
  • 简要讲解Python编程中线程的创建与锁的使用

    简要讲解Python编程中线程的创建与锁的使用

    这篇文章主要介绍了简要讲解Python编程中线程的创建与锁的使用,Python中虽然有GIL的存在,但依然是能够创建多个线程来交替使用的,需要的朋友可以参考下
    2016-02-02
  • Python批量删除mysql中千万级大量数据的脚本分享

    Python批量删除mysql中千万级大量数据的脚本分享

    这篇文章主要介绍了Python批量删除mysql中千万级大量数据的示例代码,帮助大家更好的理解和使用python,感兴趣的朋友可以了解下
    2020-12-12
  • VSCode配置python.analysis.extraPaths作用详解

    VSCode配置python.analysis.extraPaths作用详解

    本文主要介绍了VSCode配置python.analysis.extraPaths作用,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2025-12-12
  • 关于Flask 视图介绍

    关于Flask 视图介绍

    这篇文章主要分享的是关于Flask 视图介绍, Flask 中路由是请求的 url 与处理函数之间的映射,使用app.route装饰器将处理函数和 url 绑定,路由绑定的处理函数就被成为视图函数。下面来看文章的详细内容,需要的朋友也可以参考一下
    2021-11-11
  • Python3实现爬取指定百度贴吧页面并保存页面数据生成本地文档的方法

    Python3实现爬取指定百度贴吧页面并保存页面数据生成本地文档的方法

    这篇文章主要介绍了Python3实现爬取指定百度贴吧页面并保存页面数据生成本地文档的方法,涉及Python基于urllib模块的页面爬取与文件读写相关操作技巧,需要的朋友可以参考下
    2018-04-04
  • 详解python做UI界面的方法

    详解python做UI界面的方法

    在本文里我们给大家整理了关于python做UI界面的方法和具体步骤,对此有需要的朋友们可以跟着学习参考下。
    2019-02-02
  • 基于python实现模拟数据结构模型

    基于python实现模拟数据结构模型

    这篇文章主要介绍了基于python实现模拟数据结构模型,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
    2020-06-06
  • Python用户自定义异常的实现

    Python用户自定义异常的实现

    这篇文章主要介绍了Python用户自定义异常的实现,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2020-12-12

最新评论